JP2002096140A - 中空金属部品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッダーのような分岐を有する中空金属部材
は、鋳物で製造した場合、ピンホール、ひけなどの欠陥
が不可避であり、また製品歩留り、直行率が悪いという
問題があり、トランスファと呼ばれる工程別の金型を連
接し、中間成形体を順次、次の工程の金型へロボットな
どで搬送し、順次成形する方法では、金型の個数、製造
工程工数が増えるという問題があった。 【解決手段】 上ダイ、下ダイに分割可能な第１成形部
と第１成形部に往復動自在に配設された第１パンチと、
第２成形部を貫通し第１成形部に達する往復動自在に配
設された第２パンチと、第２成形部上に昇降自在に配設
された成形ダイとから成る中空金属部品の製造装置とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空金属部品の製
造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】例えば、図１に示すような縦
孔１Ａと２口の分岐口１Ｂが連通しているようなヘッダ
ーは、一般定には、鋳物にて製造されている。しかしな
がら鋳物で製造した場合、ピンホール、ひけなどの欠陥
が不可避であり、また製品歩留り、直行率が悪いという
問題があった。

【０００３】また、トランスファと呼ばれる工程別の金
型を連接し、中間成形体を順次、次の工程の金型へロボ
ットなどで搬送し、順次成形する方法も適用できるが、
金型の個数、製造工程工数が増えるという問題があっ
た。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明は、上記課題に基づ
きなされたもので、素材を第１成形部でパンチの後方押
し出しにより中空部を形成する中間成形工程と、中間成
形品を成形ダイにより最終成形体を得る工程を少なくと
も有することを特徴とする中空金属部品の製造方法とし
た。

【０００５】また、素材を第１成形部でパンチの後方押
し出しにより中空部を形成する中間成形工程と、中間成
形工程にて第２成形部の位置まで延伸した中間成形品を
成形ダイにより最終成形体を得る工程を少なくとも有す
ることを特徴とする中空金属部品の製造方法とした。

【０００６】本発明によれば、略円筒状の部品に分岐部
や突起を連設形成した例えば、ヘッダーなどの金属部品
を一連の工程で、容易に成形できる。

【０００７】また、前記中間成形工程の後に第1成形部
に位置する中間成形品の全部若しくは一部を残して第２
成形部の位置に移動する工程を有することで、分岐部や
突起の位置を任意位置に形成できるようにした。

【０００８】また、素材を第１成形部で第１パンチにて
側方押し出しにより予備成形品を得る予備成形工程と、
予備成形品から第２パンチにて後方押し出しにより中間
成形品を得る中間成形工程と、中間成形品を第２成形部
で成形ダイにより最終成形体を得る最終工程を少なくと
も有することを特徴とする中空金属部品の成形方法とし
た。

【０００９】本発明によれば、第１パンチに予備成形工
程を追加することで、円筒状の金属素材（ビュレット）
の形状を種々の形状に変更でき、例えば、後工程での分
岐部を形成する位置には、その分岐部を形成するのに必
要な金属素材を確保できるよにし、欠肉不良も無く、一
連の工程でヘッダーなどの深孔を持ち且つ側方に分岐を
持った中空金属部品を成形できる。

【００１０】更に、前記第１パンチにて側方押し出しで
流動する素材の先端を、第２パンチに背圧を加えること
で、欠肉の無い予備成形品を成形できる。

【００１１】また、前記予備成形工程の後に予備成形体
を型内で任意の位置に移動させる工程を追加すること
で、第１パンチにおいて、後方押出しにより成形した予
備成形体を第１パンチにかからない位置まで移動させる
ことで、第２パンチにより後方押出しの荷重が第１パン
チに作用しない為、バリの発生が低減できるとともに、
第１パンチで発生したパンチ痕は、後方押出しの荷重に
より消滅できる。

【００１２】また、成形工程の後に中間成形体を型内で
任意の位置に移動させる工程を追加することで、第１成
形部に残存する金属素材を極力少なくでき、材料歩留を
挙げることができる。

【００１３】また、加工時、素材、型、パンチの各温度
差は、２０℃以下とし、素材の温度変化による収縮を防
ぎ、延性を確保でき、また、加工温度は、３００〜５５
０℃とすることで、金型の劣化を防止できるものであ
る。

【００１４】また、素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以
下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３
７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むものであ
ることを特徴とする中空金属部品の製造方法とした。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）

【００１５】また、素材は、以下の結晶組織のうち少な
くとも１つを満たすものであることを特徴とする中空金
属部品の製造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１６】また、素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以
下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３
７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
徴とする中空金属部品の製造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１７】上記素材は、低温での延性、耐食性、強度
に優れた素材である。

【００１８】また、上ダイ、下ダイに分割可能な第１成
形部と第１成形部に連接され、前記下ダイに形成されて
いる第２成形部を設け、第２成形部を貫通し第１成形部
に達する往復動自在に配設されたパンチと、第２成形部
上に昇降自在に配設された成形ダイとから成る中空金属
部品の製造装置とした。

【００１９】下ダイ上に第１成形部、第２成形部を設け
るようにしているので、一連の工程にて、成形が可能と
なる。

【００２０】また、前記パンチに対向する位置には、少
なくとも第１成形部を往復動可能な成形品移動手段を設
け、素材の歩留向上や、第２成形部での分岐部などの成
形部位の位置を任意に設定できる。

【００２１】また、上ダイ、下ダイに分割可能な第１成
形部と第１成形部に往復動自在に配設された第１パンチ
と、第２成形部を貫通し第１成形部に達する往復動自在
に配設された第２パンチと、第２成形部上に昇降自在に
配設された成形ダイとから成る中空金属部品の製造装置
とした。

【００２２】本発明によれば、第１パンチに予備成形工
程を追加することで、円柱状の金属素材（ビュレット）
の形状を種々の形状に変更でき、一連の工程でヘッダー
などの深孔を持ち且つ側方に分岐を持った中空金属部品
を成形できる。

【００２３】また、前記第１パンチの対向位置に第１成
形部を往復動自在に配設され、予備成形品または中間成
形品を型内の任意の位置に移動させる第３パンチを具備
することで、素材の歩留向上や、第２成形部での分岐部
などの成形部位の位置を任意に設定でき、更には、バリ
の発生が低減できるとともに、第１パンチで発生したパ
ンチ痕は、後工程により消滅できるようにすることがで
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施例を図に
基づいて説明する。図１はヘッダーの斜視図であり、長
手方向に貫通した深穴１Ａとその側面に２口の分岐口１
Ｂを備えている。

【００２５】図２は素材から最終成形体までの成形概念
図であり、図２（ａ）円柱状の素材１を鍛造温度に加熱
して側方押し出しにより図３（ｂ）に示すような予備成
形体３を成形し、後方押し出しにより図３（ｃ）に示す
ような中間成形体４を成形し、据え込みにより図３
（ｄ）に示すような最終成形体５を得る。その後、後工
程にて端部７を切断し、更に、１Aと１Bとの間にある素
材の隔壁を除去し、ヘッダー６を得る。

【００２６】図３は成形工程を示す図であり、図３
（Ａ）〜図３（Ｅ）は上面図、図３（Ｆ）は側面図であ
り、図３（Ａ）は素材２を投入し第１パンチ１３にて側
方押し出し始めであり、図３（Ｂ）は側方押し出し完了
である。側方押し出し時に第２パンチ１４に背圧を加え
ることで欠陥の少ない予備成形体を得ることが可能であ
る。図３（Ｃ）は第１パンチを後退させ、予備成形体３
を第３パンチ１５の先端が第１パンチを越える位置まで
移動させ、第２パンチによる後方押し出し開始時であ
り、図３（Ｄ）は後方押し出し完了時である。予備成形
体３を移動させ後方押し出しを行うため、後方押し出し
時の荷重により予備成形体３は上ダイ１２と下ダイ１０
の内壁に押し付けられるため第１パンチ１３のパンチ痕
は消滅する。図３（Ｅ）は中間成形体４を第３パンチ１
５の先端が成形ダイ１６の直下に達しない位置まで移動
させた状態であり、第３パンチ１５と成形ダイ１６の接
触を防止すると共に成形ダイ１６の直下間際まで近づけ
ることで材料歩留まりの向上が可能である。図３（Ｆ）
に示すように成形ダイ１６を下降させ最終成形体５を成
形した後、第２パンチ１４、第３パンチ１５を後退し、
成形ダイ１６、上ダイ１２を上昇し、図示しないノック
アウトにより最終成形体５を取り出す。尚、予備成形体
３及び中間成形体４を第３パンチ１５にて移動させる際
に、上ダイ１２の下ダイ１０への押圧力を若干開放する
ことで、それらの移動は、より円滑に行われる。

【００２７】尚、円柱状の素材の形状をそのまま利用で
きる金属部品を得る場合には、側方押出しにより素材の
変形工程は、不要とすることができる。また、予備成形
体、中間成形体を任意の位置に移動させる手段としての
第３パンチは、必ずしも必要ではない。

【００２８】図４は本発明に係る製造装置の一実施例を
示しており、図中１０は下ダイであり該下ダイ１０上に
昇降自在な上ダイ１２、成形ダイ１６を配設し、上ダイ
１２と下ダイ１０により第１成形部１７を構成し、成形
ダイ１６と下ダイ１０により第１成形部１７に連通した
第２成形部１８を構成し、第１成形部１７に対し後進自
在に繰り出せる第１パンチ１３と第３パンチ１５と、第
２成形部１８を貫通し第１成形部１７に達し後進自在な
第２パンチ１４から構成される。第１パンチ１３の先端
は中間成形体４の側面と同様の形状であり、上ダイ１２
と下ダイ１０で構成される第１成形部１７から第２成形
部１８に通じる口金２０と第３パンチ１５は中間成形体
４の外周形状となっている。

【００２９】図５は製造装置の動作を順を追って示した
図であり、図５（イ）は成形ダイ１６、上ダイ１２を上
昇させ、第１成形部１７の第１パンチ１３の進行方向に
素材を投入した状態であり、図５（ロ）は上ダイ１２を
降下させ第１パンチを前進させ素材を側方に押し出し予
備成形体３を成形し、第３パンチ１５で予備成形体３を
所定の位置に移動させた後、第２パンチ１４を前進させ
後方押し出しを開始する状態であり、図５（ハ）は後方
押し出し終了後、第３パンチ１５で中間成形体３を所定
の位置に移動させた状態であり、図５（ニ）はヘッダー
６の分岐口１Ｂに相当する形状を備えた成形ダイ１６を
下降させ最終成形体５を成形し、図６（ホ）に示すよう
に第２パンチ１４、第３パンチ１５後退させ、成形ダイ
１６、上ダイ１２を上昇させ、図示しないノックアウト
により最終成形体を取り出す。尚、前記下ダイは、第１
成形部を形成する上ダイと対向する部分と第２成形部を
形成する成形ダイと対向する部分で分割するようにして
もよい。

【００３０】図６及び図７は本発明により成形した他の
ヘッダーの斜視図であり、分岐口１Ｂの形状に合わせて
成形ダイ１６を準備することで、容易に成形可能であ
る。

【００３１】上記成形工程において、金型、パンチは、
熱電対等の温度検知手段により温度を検知し、それぞれ
に設けられているヒータの出力を制御し、温度制御がで
きるようになっている。また、金型は、温度のロスをな
くす為に断熱材にて囲まれている。加工時、金型、パン
チ、素材の温度差は、２０℃以下に設定することで、加
工の初期段階と後工程の段階での素材の延性が、低下す
ることがなく成形ができるので望ましい。

【００３２】素材は、延伸性に優れたもので、アルミニ
ウム、銅といった金属やその合金など適宜選択して利用
できるが、本出願人が、先に提案している下記の素材
が、好適に利用できる。

【００３３】すなわち、見掛け上のＺｎ含有量が３７〜
５０ｗｔ％、Ｓｎ含有量が０．５〜７ｗｔ％である組成
を用いることができる。ここで、「見掛け上のＺｎ含有
量」という用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺ
ｎ含有量〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳ
ｎ）のＺｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕
としたとき、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・
Ｑ）｝×１００」の意味で用いる。

【００３４】また、素材は、以下の結晶構造の少なくと
も一つをを有する。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００３５】このような結晶構造とすることにより、鍛
造温度３００〜５５０℃の低温においても低温度域で再
結晶を起こさせながら塑性変形させても、十分な延性を
確保することができ、ヘッダーなどの複雑な形状のもの
も成形できるようになる。すなわち、金型と素材との温
度差が無い、恒温鍛造ができるので、金型と素材の温度
差により素材が収縮し、脱型が困難になることを防止す
る目的に形成されるテーマ部が不要になるので、略最終
形状に近い成形が可能となるので、加工の少ない成形体
を提供できる。このことは、切削性の向上の為に一般に
添加していたＰｂをなくすことができることになり、環
境に配慮した部品を提供できる。

【００３６】この鍛造温度３００〜５５０℃という温度
は、上述した金型の劣化も防止でき、ヒータの出力も小
さくて済むので、非常に経済的である。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、従来鋳造にて製造されていた
ヘッダーを鍛造にて成形できるため、鋳物で製造した場
合のピンホール、ひけなどの欠陥が発生せず、また歩留
りも向上する。また、一サイクルで成形できることから
生産性に富んだ成形方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるヘッダーの斜視図

【図２】 本発明の素材から最終成形体までの成形概念
図

【図３】 本発明の具体的な工程の説明図

【図４】 本発明の製造装置の一実施例の要部斜視図

【図５】 本発明の成形装置の動作を示す斜視

【図６】 本発明で成形した他のヘッダーの斜視図

【図７】 本発明で成形した他のヘッダーの斜視図

【符号の説明】

１Ａ 縦穴 １Ｂ 分岐口 ２ 素材 ３ 予備成形体 ４ 中間成形体 ５ 最終成形体 ６ ヘッダー ７ 端部 １０ 下ダイ １２ 上ダイ １３ 第１パンチ １４ 第２パンチ １５ 第３パンチ １６ 成形ダイ １７ 第１成形部 １８ 第２成形部 ２０ 口金

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材を第１成形部でパンチの後方押し出
   しにより中空部を形成する中間成形工程と、中間成形品
   を成形ダイにより最終成形体を得る工程を少なくとも有
   することを特徴とする中空金属部品の製造方法。
2. 【請求項２】 素材を第１成形部でパンチの後方押し出
   しにより中空部を形成する中間成形工程と、中間成形工
   程にて第２成形部の位置まで延伸した中間成形品を成形
   ダイにより最終成形体を得る工程を少なくと有すること
   を特徴とする中空金属部品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記中間成形工程の後に第1成形部に位
   置する中間成形品の全部若しくは一部を残して第２成形
   部の位置に移動する工程を有してなる請求項1、２記載
   の中空金属部品の製造方法。
4. 【請求項４】 素材を第１成形部で第１パンチにて側方
   押し出しにより予備成形品を得る予備成形工程と、予備
   成形品から第２パンチにて後方押し出しにより中間成形
   品を得る中間成形工程と、中間成形品を第２成形部で成
   形ダイにより最終成形体を得る最終工程を少なくとも有
   することを特徴とする中空金属部品の成形方法。
5. 【請求項５】 前記第１パンチにて側方押し出しで流動
   する素材の先端を、第２パンチに背圧を加えながら予備
   成形品を得る請求項４記載の金属部品の成形方法。
6. 【請求項６】 前記予備成形工程の後に予備成形体を型
   内で任意の位置に移動させる工程を有することを特徴と
   する請求項４記載の成形方法。
7. 【請求項７】 前記中間成形工程の後に中間成形体を型
   内で任意の位置に移動させる工程を有することを特徴と
   する請求項１、３、４記載の成形方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７において、加工時、素材、
   型、パンチの各温度差は、２０℃以下であることを特徴
   とする中空金属部品の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜７において、加工温度は、３
   ００〜５５０℃であることを特徴とする中空金属部品の
   製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９において、 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以下に示す意味で
    用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３７〜５０ｗｔ
    ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むものであることを特徴
    とする中空金属部品の製造方法。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
    ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）
11. 【請求項１１】 請求項１〜９において、 前記素材は、以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満
    たすものであることを特徴とする中空金属部品の製造方
    法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
    が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
    積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
    面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下
12. 【請求項１２】 請求項１〜９において、 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以下に示す意味で
    用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３７〜５０ｗｔ
    ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
    ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
    徴とする中空金属部品の製造方法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
    が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
    積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
    面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下
13. 【請求項１３】 上ダイ、下ダイに分割可能な第１成形
    部と第１成形部に連接され、前記下ダイ上に形成されて
    いる第２成形部を設け、第２成形部を貫通し第１成形部
    に達する往復動自在に配設されたパンチと、第２成形部
    上に昇降自在に配設された成形ダイとから成る中空金属
    部品の製造装置。
14. 【請求項１４】 前記パンチに対向する位置には、少な
    くとも第１成形部を往復動可能な成形品移動手段を設け
    たことを特徴とする請求項１３記載の中空部品の製造装
    置。
15. 【請求項１５】 上ダイ、下ダイに分割可能な第１成形
    部と第１成形部に往復動自在に配設された第１パンチ
    と、第２成形部を貫通し第１成形部に達する往復動自在
    に配設された第２パンチと、第２成形部上に昇降自在に
    配設された成形ダイとから成る中空金属部品の製造装
    置。
16. 【請求項１６】 前記第１パンチの対向位置に第１成形
    部を往復動自在に配設され、予備成形品または中間成形
    品を型内の任意の位置に移動させる第３パンチを具備す
    ることを特徴とする請求項１５の中空金属部品の製造装
    置。